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Java中LinkedList容器的整體結(jié)構(gòu) 源碼解析LinkedList的使用

綠水無憂 2021-08-10 11:47:21 瀏覽數(shù) (2008)
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一、LinkedList的整體結(jié)構(gòu)

1.1、LinkedList的繼承關(guān)系

  • public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList <E> implements List<E>, Deque<E>
  • LinkedList具備AbstractSequentialList的特點(diǎn)：AbstractSequentialList 只支持按次序訪問，而不像 AbstractList 那樣支持隨機(jī)訪問
  • LinkedList具備List的特點(diǎn)
  • LinkedList具備Deque的特點(diǎn)：Deque是一個線性collection，支持在兩端插入和移除元素

1.2、LinkedList的結(jié)構(gòu)

//元素個數(shù)
transient int size = 0;
//第一個元素指針
transient Node<E> first;
//最后一個元素指針
transient Node<E> last;
//Node節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)
private static class Node<E> {
    E item;//當(dāng)前元素
    Node<E> next;//當(dāng)前元素的下一個指針
    Node<E> prev;//當(dāng)前元素的上一個指針
    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

1.2.1 Node的結(jié)構(gòu)

LinkedList結(jié)構(gòu)


LinkedList特點(diǎn)

1.LinkedList是通過雙鏈表去實(shí)現(xiàn)的。

2.LinkedList不存在容量不足的問題，因?yàn)槭擎湵怼?/p>

3.LinkedList實(shí)現(xiàn)了Deque，而Deque接口定義了在雙端隊列兩端訪問元素的方法，所以LinkedList可以作為FIFO（先進(jìn)先出）的隊列；LinkedList可以作為LIFO（后進(jìn)先出）的棧

 二、源碼分析

2.1、添加元素

//添加元素
public boolean add(E e) {
    //默認(rèn)調(diào)用，尾部添加元素的方法
    linkLast(e);
    return true;
}
//尾部添加元素
void linkLast(E e) {
    //記錄當(dāng)前尾部元素
    final Node<E> l = last;
    //創(chuàng)建一個新的Node節(jié)點(diǎn) ，prev是當(dāng)前的尾節(jié)點(diǎn)，next指向null
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //將last設(shè)置為新節(jié)點(diǎn)
    last = newNode;
    //判斷當(dāng)前尾部節(jié)點(diǎn)是否為null
    if (l == null)
        //當(dāng)前尾部節(jié)點(diǎn)為null，就掛到頭結(jié)點(diǎn)上
        first = newNode;
    else
        //當(dāng)前尾部節(jié)點(diǎn)不為null，就將新建的Node掛到當(dāng)前l(fā)ast節(jié)點(diǎn)的next指針上
        l.next = newNode;
    //元素的個數(shù)+1
    size++;
    //LinkedList修改記錄+1
    modCount++;
}

新增元素add()方法默認(rèn)是尾部追加，核心就是將新建的Node節(jié)點(diǎn)追加到當(dāng)前l(fā)ast節(jié)點(diǎn)的next指針上 ，偽代碼：

Node newNode=new Node();
newNode.prev=last;
last.next=newNode;
last=newNode;
last.next=null;

addFirst：首部追加

public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}
//頭部追加
private void linkFirst(E e) {
    //記錄當(dāng)前首部元素
    final Node<E> f = first;
    //新建一個Node節(jié)點(diǎn)
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    //首部元素指向新建的節(jié)點(diǎn)
    first = newNode;
    //判斷當(dāng)前首部指針是否為null
    if (f == null)
        //當(dāng)前首部指針為null,就把新建的節(jié)點(diǎn)掛到last指針上
        last = newNode;
    else
        //當(dāng)前首部指針不為null,就把新建的節(jié)點(diǎn)掛到，當(dāng)前first指針指向元素的prev指針上
        f.prev = newNode;
    //元素個數(shù)+1
    size++;
    //LinkedList修改記錄+1
    modCount++;
}

首部追加的邏輯與尾部追加基本相同，偽代碼：

Node newNode=new Node();
newNode.next=first;
first.prev=newNode;
first=newNode;
first.prev=null;(也可以：newNode.prev=null)

指定位置添加元素：add(int index, E element)：

public void add(int index, E element) {
    //檢查要插入的位置是否合法
    checkPositionIndex(index);
    //如要插入的位置在最后，直接調(diào)用linkLast()
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        //如要插入的位置不在最后，就先查找再插入
        linkBefore(element, node(index));
}
 
//查找要插入元素的位置
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
    //如果要插入的位置小于集合的一半，我就從頭開始找
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        //如果要插入的位置大于等于集合的一半，我就從尾部開始找
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
//將新建的元素插入到查找的元素前面
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    // assert succ != null;
    final Node<E> pred = succ.prev;
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        pred.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

LinkedList是一個雙向鏈表，他只記錄了頭部和尾部位置，如果我們要指定位置插入，他會這么做：

1.先遍歷查找出要插入的元素位置，然后再插入；查找方式是根據(jù) index < (size >> 1) 判斷結(jié)果，決定是從頭遍歷，還是從尾部遍歷，這種遍歷方式類似于二分查找(只在第一層循環(huán)二分)

2.新建一個Node節(jié)點(diǎn)，插入到查找出來的元素的前面

由此可知為何鏈表對隨機(jī)位置讀寫是不合適的；他的時間復(fù)雜度=O(n/2) ，如果n很大，我們一般就認(rèn)為他的時間復(fù)雜度=O(n)

2.2、刪除元素

//重寫List的remove()
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        //如果要刪除的元素null元素,從頭開始查找這個null元素
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
         //如果要刪除的元素不null元素,從頭開始查找這個非null元素
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
//執(zhí)行刪除邏輯，實(shí)質(zhì)就是打斷改元素與鏈表的引用關(guān)系
E unlink(Node<E> x) {
    // assert x != null;
    //記錄改元素的值，實(shí)際作用就是做返回值
    final E element = x.item;
    //記錄當(dāng)前元素的下一個節(jié)點(diǎn)
    final Node<E> next = x.next;
    //記錄當(dāng)前元素的上一個節(jié)點(diǎn)
    final Node<E> prev = x.prev;
    //判斷 x->prev 節(jié)點(diǎn)是否為null，為null就是刪除頭結(jié)點(diǎn) 
    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        //將 x->prev節(jié)點(diǎn)的next指針指向x節(jié)點(diǎn)的下一個節(jié)點(diǎn)
        prev.next = next;
        //將 x->prev 指針，設(shè)置為null(斷開引用關(guān)系)
        x.prev = null;
    }
     //判斷 x->next 節(jié)點(diǎn)是否為null，為null就是刪尾部結(jié)點(diǎn) 
    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        //將x->next節(jié)點(diǎn)的prev指針指向x->prev
        next.prev = prev;
        //將 x->next指針，設(shè)置為null(斷開引用關(guān)系)
        x.next = null;
    }
    //將x的值設(shè)置為null
    x.item = null;
    //集合大小-1
    size--;
    //集合的修改記錄-1
    modCount++;
    return element;
}

這里我們看到LinkedList重寫了List的remove方法，整個刪除邏輯也是先查找再刪除，時間復(fù)雜度O(n)，如果是刪除首部元素時間復(fù)雜度=O(1)，若要刪除尾部元素請使用removeLast( ) 

  • LinkedLis刪除首部元素：removeFirst()
  • LinkedLis刪除尾部元素：removeLast()
  • LinkedLis首部出隊：pollFirst( ) ，隊列的特點(diǎn)
  • LinkedLit尾部出隊：pollLast( )，隊列的特點(diǎn)

2.3、迭代器

Iterator迭代器只能是從頭往尾迭代，而LinkedList是雙向鏈表，他還可以從尾往頭部迭代，JAVA提供了一個新的迭代器接口：

public interface ListIterator<E> extends Iterator<E>{
    //判斷是否存在下一個元素
    boolean hasNext();
    //獲取下一個元素
    E next();
    //判斷是否還有前一個元素
    boolean hasPrevious();
    //獲取前一個元素
    E previous();
}

LinkedList實(shí)現(xiàn)該接口：

private class ListItr implements ListIterator<E> {
    private Node<E> lastReturned;//上一次next() 或者 previous()的元素
    private Node<E> next;//lastReturned->next 指向的元素
    private int nextIndex;//下一個元素的位置
    private int expectedModCount = modCount;
}

LinkedList從前往后遍歷：

//是否存在下一個元素
public boolean hasNext() {
    return nextIndex < size;
}
public E next() {
    //檢查集合的版本
    checkForComodification();
    if (!hasNext())
        throw new NoSuchElementException();
    //lastReturned賦值上次next
    lastReturned = next;
    //next賦值為上次next->next
    next = next.next;
    //下一個元素的位置
    nextIndex++;
    return lastReturned.item;
}

LinkedList從后往前遍歷：

//判斷是否到頭了
public boolean hasPrevious() {
    return nextIndex > 0;
}
//從尾部往頭部取數(shù)據(jù)
public E previous() {
    checkForComodification();
    if (!hasPrevious())
        throw new NoSuchElementException();
    // next==null：第一次遍歷取尾節(jié)點(diǎn)(last)，或者上一次遍歷時把尾節(jié)點(diǎn)刪除掉了
    // next!=null：已經(jīng)發(fā)生過遍歷了，直接取前一個節(jié)點(diǎn)即可(next.prev)
    lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
    //遍歷的指針-1
    nextIndex--;
    return lastReturned.item;
}

迭代器刪除元素：

public void remove() {
    checkForComodification();
    // lastReturned 是本次迭代需要刪除的值
    // lastReturned==null則調(diào)用者沒有主動執(zhí)行過 next() 或者 previos()，二直接調(diào)remove()
    // lastReturned!=null，是在上次執(zhí)行 next() 或者 previos()方法時賦的值
    if (lastReturned == null)
        throw new IllegalStateException();
    //保存將當(dāng)前要刪除節(jié)點(diǎn)的下一個節(jié)點(diǎn)(如果是從尾往頭遍歷，該值永遠(yuǎn)是null)
    Node<E> lastNext = lastReturned.next;
    //刪除當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
    unlink(lastReturned);
 
    // next == lastReturned：從尾到頭遞歸順序，并且是第一次迭代，并且要刪除最后一個元素的情況下，
    // previous() 方法里面設(shè)置了 lastReturned = next = last,所以 next 和 lastReturned會相等
    if (next == lastReturned)
        next = lastNext;
    else
        nextIndex--;
    lastReturned = null;
    expectedModCount++;
}

三、總結(jié)

LinkedList底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是雙向鏈表，所以他更適合順序操作，由于他繼承了Deque接口，同時他具有隊列的性質(zhì)，非線程安全的集合

到這里，本篇關(guān)于Java中LinkedList容器的整體結(jié)構(gòu)和使用方法的內(nèi)容就介紹完了，想要了解更多相關(guān)Java容器LinkedList內(nèi)容，請搜索W3Cschool以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章！

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